八路智能抢答器
物理与电气工程学院课程设计报告
八路智能竞赛抢答器电路设计
姓 名 路昆杰 学 号 091103039 专 业 电气工程及其自动化
指导教师 辛宇 成 绩 日 期 2011.11.1
八路智能竞赛抢答器
路昆杰
(安阳师范学院 物理与电气学工程学院, 河南 安阳 455002)
摘 要:随着现代娱乐节目及其它游戏环节的需要,也为了更加完善节目的紧张气氛和观众的互动,所以就出现了多路智力抢答器。本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。该抢答器具有基本的抢答功能,比如:系统的清零、数据锁存、显示的功能等。
关键词:八路;设计;数据锁存;系统清零
1 引言
随着现代科学技术的发展,抢答器械也由以前的各种传统式抢答器演变到现在的数字式抢答器。抢答器应用广泛,工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答器是必要设备。在各种竞赛中我们经常看到有抢答环节,举办方多数采用让选手通过举办答题板的方法判断选手的答题权,这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性,从而达不到抢答的真正效果,为了解决此类问题,现代科学技术把抢答器推上一个新的平台,从而告别了传统抢答模式。该数字抢答器由主体电路组成。优先编码电路锁存器译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出;用控制电路和主持人开关启动报警电路,以上两部分构成主体电路。
2 基本功能
2.1 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,他们的编号分别是I0~I7,各用一个抢答按钮按钮的编号分别与选手的编号相对应,分别是S0~S7
2.2 设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制
2.3 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在LED数码管上显示,同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
3 方案论证
方案一是采用CD4511,CD4511为常用的四—七段BCD译码器,当某按键按下时,通过按键传送给CD4511,通过译码,数码管显示。与此同时,这一高电平也送到三极管的基极,三极管导通,继电器吸和,当前状态锁定,再按其他键不起作用,而且断开了其他按键与电路的选择,杜绝了误操作。
方案二是采用74LS148优先编码器,当有按键按下时,经编码后,送到RS锁存器,然后经74LS48译码送到显示器显示。
方案二与方案一相比,电路简洁明了,实用可靠,反应速度快,所以本次课程设计选用方案二。
4 总体方框图及其设计原理 如图1所示为总体方框图
图 1 抢答器总体方框图
如图所示为总体方框图,其设计原理为:接通电源后,主持人将开关拨到
74LS148 为 8 线-3 线优先编码器,共有 54/74148 和 54/74LS148 两种线路结构型式, 将 8 条数据线(0-7)进行 3 线(4-2-1)二进制(八进制)优先编码即对最高位数据线进行译码。利用选通端(EI)和输出选通端(EO)可进行八进制扩展。
5.1 74LS148芯片管脚
0-7 编码输入端(低电平有效) EI 选通输入端(低电平有效)
A0、A1、A2 编码输出端(低电平有效) GS 宽展端(低电平有效) EO 选通输出端
其芯片管脚如图2所示:
图 2 74LS148的管脚图
5.2 74LS148功能表
74LS148功能表如表1所示:
表1 74LS148的功能表
EI H L L L L L L L L L
0 X H X X X X X X X L
1 X H X X X X X X L H
2 X H X X X X X L H H
3 X H X X X X L H H H
4 X H X X X L H H H H
5 X H X X L H H H H H
6 X H X L H H H H H H
7 X H L H H H H H H H
A2 H H L L L L H H H H
A1 H H L L H H L L H H
A0 H H L H L H L H L H
GS H H L L L L L L L L
E0I H L H H H H H H H H
H-高电平 L-低电平 X-任意 5.3 74LS148逻辑及工作极限 电源电压:±7V 输入电压:±7V
发射极间电压:±5.5V 工作环境温度 :0~70℃ 贮存温度:-65~150℃ 其逻辑图如图3所示:
图3 74LS148逻辑图
6 RS锁存器
6.1 电路结构及图形符号
RS锁存器的电路结构及工作原理其电路如下图4,本实验的RS锁存器有两个互相交叉反馈相连的两个与非门构成,其两个输出为两个相反的输出(或称为互补输出),图5给出了其逻辑符号。
图 4 电路结构 图 5 图形符号
图中RD,SD为RS锁存器的两个输入端,Q和/Q为两个互补的输出,从图上不难看出,当RD、SD为高 电平时输出状态不发生变化,而仅当其一个输入为低电平时,输出才发生变化,故RD、SD为低电平有效。 6.2 RS锁存器的工作过程 6.2.1 /RD=0,/SD=0
从电路上可以看出,当/RD=0,/SD=0时,Q=/Q=1,而锁存的Q、/Q是两个互补的输出,而现在两个输出相等,这是不允许的,故这种情况对于锁存器来讲是不允许的,故通常称其为不允许的状态 6.2.2 /RD=0,/SD=1
由于/SD=1,故Q的状态取决于/Q的状态,而由于/RD=0,/Q=1,故Q=0,所以说当/RD=0,/SD=1时触发器被置0,故称为置0状态 6.2.3 /RD=1,/SD=0
这跟上一种情况正好相反,其Q=1,/Q=0,即触发器被置1,故称为置数状态 6.2.4 /RD=1,/SD=1
由于RS的输入为低电平有效,而现在两个输入皆为高电平,故其输出状态保持不变,称为保持状态。
上面的RS锁存器是一个由与非构成的,用或非门同样也可以构成RS锁存器,同样实现RS锁存器的功能
6.3 RS锁存器的状态真值表及特征方程
由上面的原理分析和时序图不难用真值表的形式将其表示出现,其就是状态真值表,其由输入/RD,/SD及输出的现态Qn、次态Qn+1几项构成,如表2:
/RD/SDQQ功能不允许状态
0 0 0 0 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 置0 置1
保持
供译码显示电路用;二是要使其他选手的按按钮操作无效。当主持人控制开关处于“清在描述组合逻辑电路时通常使用逻辑函数来描述,在这时RS锁存器也可以用来描述其逻辑功能,下式就是其特征方程:Qn+1=/(/SD)+/RDQn/SD+/RD=1 其中:/SD+/RD=1为约束条件,即正常使用时/SD,/RD 7 工作原理及原理图
“清除”位置时,RS触发器的R端为低电平,输出端(4Q-1Q)全部为低电平。于是74LS48的BI=0显示器灭灯;74LS48的选通输入端ST=0,74LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时,优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态,即抢答器处于等待工作状态,等待输入端输入信号,当有选手按下按钮时,74LS148输出A2A1A0,RS锁存器锁存,再经74LS148译码后,显示输出,此时74LS148处于禁止工作状态。当按下的按钮松开后,74LS148仍处于禁止工作状态,其他按钮的输入信号不
会被接收。其原理图如图6所示:
图6 抢答器原理图
8 试用Multisim仿真 抢答器的仿真图如图7
图 7 抢答器仿真图
9 结论
本抢答器仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能,与其他抢答器电路相比,有结构简单、成本低、制作方便的优点。实用可靠、成本极低,十分适合学校教学使用。 10 心得体会
第一次做课程设计,感觉自己很吃力,在很多方面还不是太懂,尤其是protel得使用现在还不是很熟练,做电路时元器件的选择等等一系列的问题,感觉自己还很有欠缺,需要不断努力。
参考文献
[1]谢自美,电子线路设计.实验.测试(第三版). 华中科技大学出版社,2006.8. [2]阎 石,数字电子技术基础(第五版),高等教育出版社
附录1
74LS148 1块 74LS279 1块 74LS48 1块 共阴极显示器 1块 10k电阻 9块 510欧电阻 1块 发光二极管 1块 微调开关 8块 双刀双掷开关 1块 附录2